NACIONES UNIDAS COMISIÓN ECONÓMICA PARA AMÉRICA LATINA Y EL CARIBE CEPAL

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1 NACIONES UNIDAS COMISIÓN ECONÓMICA PARA AMÉRICA LATINA Y EL CARIBE CEPAL Distr. LIMITADA LC/MEX/L de agosto de 2007 ORIGINAL: ESPAÑOL PERSPECTIVAS PARA EL BIODIESEL EN CENTROAMÉRICA: COSTA RICA, EL SALVADOR, GUATEMALA Y HONDURAS CONVENIO CEPAL / REPÚBLICA FEDERAL ALEMANA Este estudio fue elaborado por el consultor Waldyr Luiz Ribeiro Gallo, en el marco del Proyecto Inception Workshop for the Implementation of the Strategic Partnership, Convenio CEPAL/República Federal Alemana. Las opiniones expresadas en este documento, que no ha sido sometido a revisión editorial, son de exclusiva responsabilidad del autor y pueden no coincidir con las de la Organización. 07-8

2 iii ÍNDICE Página INTRODUCCIÓN Objetivos Delimitación de los temas tratados Metodología Estructura del informe... 2 I. EL BIODIESEL Y SUS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Producción mundial de aceites vegetales y su productividad Los aceites vegetales y los motores diesel El biodiesel: definición y características técnicas La producción de biodiesel La calidad del biodiesel y sus efectos en el motor Otras tecnologías para modificar aceites vegetales II. EXPERIENCIA INTERNACIONAL CON BIODIESEL La Unión Europera El biodiesel en Estados Unidos, Canadá, Australia y Japón Los países no-oecd de Asia: India, China, Malasia, Tailandia e Indonesia Países de América Latina III. ESTIMACIONES DE COSTOS Y PRECIOS PARA EL BIODIESEL Costos y precios de materias primas para el biodiesel Costos de producción del biodiesel Formación de precios para el biodiesel: costos, márgenes y tasas Comparación: precios de petróleo, diesel y de biodiesel IV. PERSPECTIVAS PARA EL BIODIESEL EN COSTA RICA Características socio-económicas del país Características agrícolas del país Matriz energética y mercado de hidrocarburos La producción actual de biodiesel Aspectos institucionales: marcos legales y de regulación Escenarios para producción de biodiesel... 95

3 iv V. PERSPECTIVAS PARA EL BIODIESEL EN EL SALVADOR Características socio-económicas del país Características agrícolas del país Matriz energética y mercado de hidrocarburos La producción actual de biodiesel Aspectos institucionales: marcos legales y de regulación Escenarios para producción de biodiesel VI. PERSPECTIVAS PARA EL BIODIESEL EN GUATEMALA Características socio-económicas del país Características agrícolas del país Matriz energética y mercado de hidrocarburos La producción actual de biodiesel Aspectos institucionales: marcos legales y de regulación Escenarios para producción de biodiesel VII. PERSPECTIVAS PARA EL BIODIESEL EN HONDURAS Características socio-económicas del país Características agrícolas del país Matriz energética y mercado de hidrocarburos La producción actual de biodiesel Aspectos institucionales: marcos legales y de regulación Escenarios para producción de biodiesel VIII. RECOMENDACIONES GENERALES Y CONCLUSIONES Condiciones generales para la introducción del biodiesel Cuestiones ambientales y de sostenibilidad Recomendaciones de carácter general Conclusión BIBLIOGRAFÍA ANEXOS Cuadros: Cuadro 1 Producción mundial de oleaginosas Cuadro 2 Producción mundial de aceites y grasas... 6 Cuadro 3 Especies oleaginosas... 7 Cuadro 4 Composición típica de un aceite vegetal crudo... 8 Cuadro 5 Usos de los aceites vegetales... 8 Cuadro 6 Comparación de propiedades: diesel, aceites y biodiesel... 11

4 Cuadro 7 Problemas en el motor diesel con uso de aceites vegetales Cuadro 8 Algunas propiedades de ácidos grasos Cuadro 9 Propiedades de mono-alquil ésteres puros Cuadro 10 Propiedades del biodiesel en función de su composición Cuadro 11 Especificaciones de diesel y biodiesel: EUA y UE Cuadro 12 Cantidad de biodiesel obtenida de 1000 kg de aceite Cuadro 13 Empresas que fabrican equipo para biodiesel Cuadro 14 Biodiesel: etanol o metanol? Cuadro 15 Diferencias entre el biodiesel metílico y etílico Cuadro 16 Las características del biodiesel y problemas en los motores Cuadro 17 Compatibilidad entre biodiesel y elastómeros Cuadro 18 Rendimientos de pirolisis de aceites vegetales y grasas de ganado Cuadro 19 Comparación de propiedades: diesel y productos de pirolisis Cuadro 20 Estimaciones de la producción mundial de biodiesel Cuadro 21 Capacidad productiva y consumo de biodiesel en Alemania Cuadro 22 Las nuevas tasas para el biodiesel y aceites vegetales combustibles Cuadro 23 Producción de biodiesel en los Estados Unidos Cuadro 24 Costos de oleaginosas en Brasil Cuadro 25 Precios internacionales de oleaginosas, 2005 a septiembre Cuadro 26 Costos de producción de aceites vegetales Cuadro 27 Costo del aceite de palma en función de la edad de las fincas Cuadro 28 Precios internacionales de aceites, 2005 a septiembre Cuadro 29 Costos de inversión: plantas de pequeño porte Cuadro 30 Costo de inversión: plantas de gran porte Cuadro 31 Costos de producción de biodiesel Cuadro 32 Precios internacionales de harinas de oleaginosas, octubre 2005 a... septiembre Cuadro 33 Estimaciones de costos de biodiesel hipótesis Cuadro 34 Estimaciones de costos de biodiesel resultados (US$/ton) Cuadro 35 Impuestos sobre el diesel y exenciones vigentes para biodiesel Cuadro 36 Costo adicional del biodiesel y precios de petróleo Cuadro 37 Costa Rica: Indicadores socio-económicos y de uso de tierras Cuadro 38 Costa Rica: Balance comercial total y deuda externa Cuadro 39 Costa Rica: Mayores extensiones de tierras para cosechas Cuadro 40 Costa Rica: Producción agrícola de granos y productos de exportación Cuadro 41 Costa Rica: Importaciones agrícolas de Costa Rica Cuadro 42 Costa Rica: Consumo aparente y grado de dependencia de importaciones Cuadro 43 Costa Rica: Principales exportaciones agropecuarias Cuadro 44 Costa Rica: Producción de palma africana (frutos) y aceite de palma Cuadro 45 Costa Rica: Parámetros de rendimiento de la palma según su edad Cuadro 46 Costa Rica: Indicadores energéticos Cuadro 47 Costa Rica: Ventas totales de gasolina y diesel, Cuadro 48 Costa Rica: Precios al consumidor de gasolinas y diesel Cuadro 49 Costa Rica: Estructura de precios de algunos combustibles Cuadro 50 Costa Rica: Proyecciones de uso de biodiesel: volúmenes e incremento... de área de siembra de palma v

5 vi Cuadro 51 Costa Rica: Estimaciones de área de siembra de Jatropha para biodiesel... Cuadro 52 El Salvador: Indicadores socio-económicos y de uso de tierras Cuadro 53 El Salvador: Uso de la tierra en Cuadro 54 El Salvador: Balance comercial total y deuda externa Cuadro 55 El Salvador: Mayores extensiones de tierras para cosechas Cuadro 56 El Salvador: Producción agrícola de granos y productos de exportación Cuadro 57 El Salvador: Importaciones agrícolas Cuadro 58 El Salvador: Consumo aparente y grado de dependencia de105 importaciones Cuadro 59 El Salvador: Principales exportaciones agropecuarias, Cuadro 60 El Salvador: Importaciones de aceites vegetales Cuadro 61 El Salvador: Producción de oleaginosas con potencial de producción de aceites Cuadro 62 El Salvador: Indicadores energéticos Cuadro 63 El Salvador: Balance de derivados de petróleo, Cuadro 64 El Salvador: Ventas totales de gasolina y diesel, Cuadro 65 El Salvador: Precios de facturación para estaciones de servicio, 26 diciembre 2006 a 1 enero Cuadro 66 El Salvador: Estimaciones de área de siembra para biodiesel Cuadro 67 Guatemala: Indicadores socio-económicos y de uso de tierras Cuadro 68 Guatemala: Balance comercial total y deuda externa Cuadro 69 Guatemala: Mayores extensiones de tierras para cosechas Cuadro 70 Guatemala: Producción agrícola de granos y productos de exportación Cuadro 71 Guatemala: Importaciones agrícolas Cuadro 72 Guatemala: Consumo aparente y grado de dependencia de importaciones Cuadro 73 Guatemala: Principales exportaciones agrícolas Cuadro 74 Guatemala: Producción de palma africana (frutos) Cuadro 75 Guatemala: Indicadores energéticos Cuadro 76 Guatemala: Balance de derivados de petróleo, Cuadro 77 Guatemala: Ventas totales de gasolina regular y diesel, Cuadro 78 Guatemala: Precios al consumidor de gasolinas y diesel Cuadro 79 Guatemala: Estimaciones de área de siembra para biodiesel Cuadro 80 Indicadores socio-económicos y de uso de tierras Cuadro 81 Balance comercial total y deuda externa Cuadro 82 Mayores extensiones de tierras para cosechas Cuadro 83 Producción agrícola de granos y productos de exportación Cuadro 84 Importaciones agrícolas de Honduras Cuadro 85 Consumo aparente y grado de dependencia de importaciones Cuadro 86 Principales exportaciones agropecuarias Cuadro 87 Producción de palma africana (frutos) y aceite de palma Cuadro 88 Nombre y capacidad de las plantas de aceite de palma Cuadro 89 Indicadores energéticos de Honduras Cuadro 90 Consumo de combustibles Cuadro 91 Importaciones de hidrocarburos Cuadro 92 Ventas totales de gasolina y diesel en Cuadro 93 Capacidad de almacenamiento de hidrocarburos

6 vii Cuadro 94 Flota de vehículos en Honduras Cuadro 95 Evaluación del Megaproyecto de biodiesel de palma Cuadro 96 Estimaciones de área de siembra para biodiesel Cuadro 97 Jerarquía de mercados segmentados Cuadro 98 Propiedades promedias de diesel y biodiesel Gráficos: Gráfico 1 Composición de diferentes materias primas Gráfico 2 Evolución de precios aceites de alto valor Gráfico 3 Evolución de precios aceites de valor intermediario Gráfico 4 Evolución de precios aceites usados y grasa animal Gráfico 5 Reducción de costo del biodiesel por venta de glicerina Gráfico 6 Influencia del costo del aceite sobre la viabilidad del biodiesel Gráfico 7 Influencia de costos agrícolas sobre la viabilidad del biodiesel Gráfico 8 Precios de aceite de colza y de biodiesel en Alemania Gráfico 9 Precios de diesel y de biodiesel en Alemania Gráfico 10 Precios de diesel y biodiesel en Alemania Gráfico 11 Costo y precios de biodiesel de palma y precios del petróleo Gráfico 12 Costa Rica: Importancia relativa de las exportaciones agrícolas en ingresos.. 87 Gráfico 13 Costa Rica: Estimaciones de costos y viabilidad Gráfico 14 Costa Rica: Viabilidad para la Jatropha (piñón) Gráfico 15 El Salvador: Costos y precios para biodiesel de tempate Gráfico 16 El Salvador: Costos y precios para biodiesel de higüerillo Gráfico 17 El Salvador: Costos y precios para biodiesel de palma Gráfico 18 Guatemala: Edad del parque vehicular Gráfico 19 Guatemala: Estimaciones de costos para biodiesel de palma costos agrícolas Gráfico 20 Guatemala: Estimaciones de costos para biodiesel de palma precio de aceite Gráfico 21 Guatemala: Estimaciones de costos para biodiesel de tempate precio de aceite Gráfico 22 Evolución de precios al consumidor Gasolina Súper: Gráfico 23 Evolución de precios al consumidor Gasolina reg.: Gráfico 24 Evolución de precios al consumidor Diesel: Gráfico 25 Costos y precios: biodiesel de palma en Honduras Gráfico 26 Costos y precios: biodiesel de aceite de palma en Honduras Gráfico 27 Viabilidad para la Jatropha (tempate) Gráfico 28 Reducción de emisión de contaminantes. Base: biodiesel Figuras Figura 1 Representación esquemática de un triglicérido... 5 Figura 2 Esquema de tres moléculas de biodiesel Figura 3 Esquema de una molécula típica de diesel Figura 4 Opciones técnicas para sustitución del diesel por aceites vegetales... 13

7 viii Figura 5 La cadena productiva de biodiesel Figura 6 Proceso de producción de biodiesel Figura 7 Esquema de la reacción de transesterificación Figura 8 El proceso Lurgi de producción continuada Figura 9 El proceso Axens Figura 10 Competencia entre usos alimentarios y no alimenticios Figura 11 Guatemala: Mapa de áreas potenciales para el cultivo de la Jatropha curcas.. 125

8 INTRODUCCIÓN El interés de países de América Central en introducir biocombustibles en sus matrices energéticas quedó patente en la Primera Reunión del Grupo Mesoamericano de Biocombustibles, llevado a cabo el 25 de agosto de 2006, en la ciudad de San José, Costa Rica, cuando los delegados de los países aprobaron el Plan de Introducción de los Biocombustibles en Centroamérica. Desde el punto de vista de sustitución de los hidrocarburos usados en transporte, el alcohol de caña de azúcar y el biodiesel son los principales biocombustibles. Este informe está centrado en analizar las perspectivas de introducción del biodiesel en las matrices energéticas de algunos países de la región. El biodiesel posee diversas características favorables como substituto del diesel de origen fósil: está prácticamente exento de azufre, es biodegradable, mejora la lubricidad del diesel en mezclas, reduce las emisiones de la combustión (excepto los óxidos de nitrógeno), posee mayor número de cetano que el diesel y es de origen renovable. Por todo esto, es uno de los biocombustibles que mejor se adecuan a los motores de encendido por compresión (motores diesel). En esta parte se presentan los objetivos del informe, la delimitación de los temas tratados, la metodología de trabajo, y se describe la estructura del Informe. 1. Objetivos El objetivo principal de este informe es evaluar las condiciones favorables y las barreras a la introducción del biodiesel en la matriz energética de los países estudiados. Para esto, se definieron los siguientes objetivos parciales: a) realizar un análisis sobre las perspectivas de programas de producción y consumo de biodiesel en cuatro países de América Central (Costa Rica, El Salvador, Guatemala y Honduras); b) presentar las principales características técnicas del producto, incluyendo su desempeño ambiental; c) presentar los procesos de producción de biodiesel, con sus ventajas y desventajas; d) evaluar en cada país las condiciones locales de producción de materias primas y de aceites vegetales, considerando los volúmenes y precios actuales; e) comparar los costos de producción del biodiesel con respecto a los precios internacionales del diesel; y f) hacer recomendaciones de soporte para toma de decisiones con respecto a la introducción sostenible del biodiesel en la matriz energética, con base en la realidad de cada país. 2. Delimitación de los temas tratados Este documento presenta evaluaciones de las condiciones técnicas y económicas para la producción del biodiesel que favorezcan o dificulten su introducción en las matrices energéticas. Se presentan análisis y recomendaciones con el fin de evaluar el uso del biodiesel y ayudar en la toma de decisiones. Las condiciones generales para definir la viabilidad de la introducción del biodiesel serán discutidas, pero las cuestiones económicas locales sólo serán tratadas en la

9 2 medida de la disponibilidad de información, y no se hará un análisis detallado de proyectos específicos, sino un análisis panorámico para cada país. 3. Metodología Para poder cumplir los objetivos delineados y circunscritos en la delimitación de temas abordados, se definió una metodología constituida por aspectos cualitativos y cuantitativos. Desde el punto de vista cuantitativo, este informe requirió la organización de información general sobre el biodiesel, su producción, opciones de materias primas, y sus características de desarrollo sostenible (social y ambiental). El trabajo requirió la recolección de datos e información objetiva de cada país analizado sobre sus mercados de hidrocarburos, la logística de distribución de combustibles, la capacidad de producción de materias primas y de aceites vegetales, la disponibilidad de tierras para cultivar variedades destinadas a producir biodiesel y los marcos legales para los mercados de hidrocarburos, de biocombustibles y de productos agrícolas o agro-industriales. Con esos datos e información, se establecieron escenarios con proyecciones de volúmenes necesarios de biodiesel para diversos grados de penetración en el mercado de hidrocarburos, estimaciones de costos de producción y comparaciones con los precios internacionales del biodiesel. Además de la información objetiva, se requirió realizar entrevistas con los principales actores implicados para recabar sus impresiones y expectativas acerca del uso del biodiesel. Se buscó conocer las diversas visiones del sector de gobierno, del mercado de hidrocarburos, de la industria de aceites vegetales y del sector agrícola. Para cumplir el programa arriba descrito, se elaboró un cuestionario preliminar (Anexo I), enviado con días de anticipación a los interlocutores, con el propósito de orientar la recolección de datos e información básica para cada uno de los países a visitar. La disponibilidad anticipada de la información serviría para facilitar las entrevistas previstas. Para conocer la realidad de cada país y realizar las entrevistas con los actores públicos y privados del mercado de combustibles, se realizó una misión de 15 días a Costa Rica, El Salvador, Guatemala y Honduras. Las reuniones, fechas, duración, lista de asistentes y temas abordados están registradas en el Informe de la Misión en Centroamérica (Anexo II). La información recogida, fue consolidada, analizada, evaluada y organizada en este informe. 4. Estructura del Informe Este informe presenta en el capítulo I las características técnicas generales del biodiesel y de las oleaginosas: definición, características de las oleaginosas, materias primas adecuadas para biodiesel, procesos de producción, subproductos y características ambientales.

10 3 La experiencia internacional con biodiesel se presenta en el capítulo II. Los casos de Alemania, Francia, Estados Unidos, India, China y Brasil son los más detallados. El análisis de costos, precios y condicionantes económicos se presentan en el capítulo III. El capítulo IV muestra las perspectivas para Costa Rica. Se analizan las condiciones de infraestructura y de mercado de hidrocarburos, con detalle en el diesel. Se verifican las características agrícolas de producción de aceites vegetales, semillas u otras materias primas adecuadas para la obtención del biodiesel. Se discuten los aspectos institucionales y de regulación del país. Se exploran y evalúan escenarios asociados a la introducción del biodiesel, y se efectúan comparaciones entre los costos probables del biodiesel y los precios del diesel en Costa Rica. Finalmente, se presentan recomendaciones específicas para Costa Rica. En los capítulos V, VI y VII se presentan las evaluaciones para El Salvador, Guatemala y Honduras, con la misma estructura descrita para Costa Rica. El capítulo VIII presenta recomendaciones de carácter general asociadas a la introducción del biodiesel y las conclusiones.

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12 5 I. EL BIODIESEL Y SUS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS El concepto técnico del biodiesel y su proceso de producción presupone el conocimiento de algunos conceptos de la química orgánica. El biodiesel es producido a partir de aceites y grasas vegetales o grasas de origen animal y, por lo tanto, es necesario conocer esas grasas desde el punto de vista químico. De forma general, se emplea la palabra aceite para los líquidos y grasas o gorduras para las que son sólidas en condiciones ambientales, aunque sean químicamente similares. Los aceites, grasas y gorduras que constituyen materias primas posibles para la producción del biodiesel son los llamados aceites fijos o triglicéridos y son de la clase de los lípidos (gorduras). No todos los aceites son adecuados para producción de biodiesel: los llamados aceites esenciales constituyen una familia de productos volátiles que no se prestan como materias primas para biodiesel, pertenecen a otras familias químicas (de los terpenos, fenoles y otras substancias aromáticas) y poseen muy alto valor económico por sus propiedades aromáticas. Ejemplos son el aceite de la cáscara de naranja y el aceite de pino. Los triglicéridos son ésteres de ácidos grasos. En el Anexo III se presentan las estructuras químicas de la glicerina, de los ésteres, de los ácidos grasos, de los triglicéridos y del biodiesel. De forma gráfica, esquemática y sin pretensiones de mantener el rigor científico, si puede representar los triglicéridos como en la Figura 1. Figura 1 REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE UN TRIGLICÉRIDO Ácido graso 1 Ácido graso 2. G.Oxigeno Ácido graso 3 G - Glicerina El aceite de cada especie vegetal posee una combinación de diferentes triglicéridos, que son moléculas grandes, compuestas por esterificación de tres ácidos grasos, los cuales pueden ser iguales o distintos. En el anexo III también se muestran las estructuras de los principales ácidos grasos presentes en los aceites y grasas, así como su participación porcentual en diversos aceites vegetales y grasas animales.

13 6 1. Producción mundial de aceites vegetales y su productividad El mercado de oleaginosas presenta tendencia creciente desde hace muchos años. El cuadro 1 muestra la serie histórica de producción de las principales especies oleaginosas empleadas en la producción de aceite, clasificadas entre cultivos perennes anuales. Como se puede ver, la productividad también crece de manera consistente, al igual que la producción per cápita, es decir, el crecimiento de la producción de oleaginosas es mayor que el crecimiento de la población. Cuadro 1 PRODUCCIÓN MUNDIAL DE OLEAGINOSAS Perennes: palma, copra y olivera. Anuales: soja, colza, girasol y algodón Prod. Total (1000 ton.) Prod. / capita Área de cosecha (1000 ha) Productividad Año (ton./ha) Perenne Anual Perenne Anual Perenne Anual Perenne Anual ,88 1, ,67 1, ,12 1, ,03 1, ,14 1, ,77 1, ,60 1, ,52 1, ,86 1,99 Fuente: Faostat, El cuadro 2 presenta la producción de aceites y grasas por producto. La producción de aceite de palma viene creciendo y actualmente ya es el aceite más producido en el mundo. Cuadro 2 PRODUCCIÓN MUNDIAL DE ACEITES Y GRASAS (Miles de toneladas) Aceite Aceite de soya Aceite de palma Aceite de colza Aceite de girasol Sebo y grasas animales Aceite de maní Aceite de algodón Aceite de palm kernel Aceite de coco Aceite de oliva Aceite de maíz Otros aceites y grasas Fuente: Oil World Monthlies 2006 y Oil World Annual 2005.

14 7 Son muchas las especies vegetales que pueden producir aceites o grasas. El cuadro 3 muestra, para algunas oleaginosas, los nombres de la especie (español, inglés y científico), su productividad agrícola (t oleaginosa / ha) y su productividad en aceite (litros de aceite / ha). Se debe recordar que estas cifras de productividad constituyen un rango de valores, donde los números menores o promedios están más cercanos de la realidad y los mayores representan límites máximos superiores, metas alcanzables en casos muy especiales. Los valores de productividad específicos para un dado lugar, siempre que estén disponibles, deben prevalecer sobre los valores indicados en este cuadro, debido a las diferentes condiciones locales de producción así como a los tipos de suelo y clima. Muchas especies de oleaginosas no son empleadas para la producción de aceite y son usadas exclusivamente para la alimentación. El alto valor de estas oleaginosas en granos vuelve poco económica la extracción del aceite; como es el caso de varios tipos de semillas, como las nueces, las avellanas, el pistacho, la macadamia, el marañon, etc. En algunos casos, el aceite producido tiene también alto valor para fines farmacéuticos o cosméticos, como ocurre con el aceite de almendra. Cuadro 3 ESPECIES OLEAGINOSAS Nombres de las oleaginosas Prod. Agrícola Prod. Aceite Aceite Español Inglés Científico t / ha Litro / ha % Ajonjolí Sesame Sesamun indicus 0, Girasol Sunflower Heliantus annus 1,5-2, Higuerilla Castor bean Ricinos comunis 0,6-2, Maní Peanut Arachis hipogaea 1,4-2, Palma aceitera Palm Elaeis guineensis Soya Soybean Glycine max 1,5-3, Colza/Canola Rapessed Brassica napus 1,7-2, Algodón Cottonseed Gossypium hirsutum 1,7-3, Arroz Rice Oriza sativa 6, Piñón Jatropha Jatropha curcas 1,0-5, Coco (Copra) Coconut Cocos nucifera 1,0-5, Maíz Corn Zea mais 6,0-8, Aguacate Avocado Persea americana 6,0-9, Oliva Olive Olea europaea 2, Fuente: Beare-Rogers, 2001; Macedo & Nogueira, 2005 Un aceite vegetal crudo está compuesto básicamente por triglicéridos, como se observa en el cuadro 4. Mono y di glicéridos también están presentes así como ácidos grasos libres. Otros componentes presentan participación porcentual muy baja, pero con propiedades que pueden ser muy importantes, como las vitaminas y fosfolipídios.

15 8 Cuadro 4 COMPOSICIÓN TÍPICA DE UN ACEITE VEGETAL CRUDO Compuesto Porcentaje % Triglicéridos 95 Mono y di glicéridos 0,1 2,0 Ácidos grasos libre (FFA) 0,3 2,0 Fosfolipídios 0,1 0,2 Vitaminas ~ 0,1 Colorantes naturales 35 ppm Minerales (Mg, Ca, Fe) ppm Azufre (glicosideos) 5 50 ppm Fuente: Knothe, 1997 Los aceites vegetales pueden ser empleados de varias maneras aunque su uso más común es para alimentación. El cuadro 5 muestra las estimaciones del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos para la división de la producción entre uso alimenticio y uso industrial. Características particulares de cada aceite, así como los hábitos de cultivo hacen con que existan diferencias locales de valoración de cada aceite. Por ejemplo, en parte de Europa el uso del aceite de oliva es casi absoluto y los demás aceites vegetales son empleados solamente para freír. Cuadro 5 USOS DE LOS ACEITES VEGETALES Años Alimentación Usos industriales Millones de toneladas Millones de toneladas 00/ / / / / / / Fuente: USDA Estimates, 2006 En países donde el maíz es la base de la alimentación, como en Centroamérica y donde la producción local no posee gran excedente, no es común extraer el aceite de maíz. En parte de África, el principal aceite de cocina es el aceite de palma crudo. El aceite de soya, que hoy es el más usado en Brasil, prácticamente no era empleado hasta los años 70 en aquel país: los aceites más empleados entonces eran de algodón, de maní, de maíz. Una característica importante de las oleaginosas es la torta que proviene de la extracción del aceite que puede ser empleada para alimentación animal. A veces, como en el caso de la soya, su contenido en proteínas es tan importante que la torta es empleada también para alimentación humana y obtiene buenos precios.

16 9 Los aceites vegetales también poseen utilidad en la industria, en la fabricación de jabones, perfumes y otros productos de cuidado personal o cosméticos. Algunos aceites son útiles como agentes de secado en tintas o en tratamiento de maderas. Otros usos industriales para aceites vegetales son el aislamiento eléctrico, los fluidos hidráulicos de uso múltiplo y la fabricación de lubricantes sintéticos. Un factor que inhibe el mayor uso de aceites en la industria es que, como contrapartida de su carácter biodegradable, los aceites tienen problemas de estabilidad y se tornan rancios. Algunos aceites vegetales, que no son comestibles o necesitan de tratamiento especial para mejorar su aceptación, son empleados en usos farmacéuticos o industriales. Este es el caso de los aceites de linaza (uso industrial), del aceite de higüerillo (uso industrial), del aceite de jojoba (uso cosmético) o del aceite de piñón (Jatropha) para producción de biodiesel. Muchas especies oleaginosas no son empleadas de forma amplia hasta ahora, ya sea por características de mercado, por no ser comestibles, o por aún desconocerse sus propiedades. Para la producción del biodiesel, muchas especies que no son cultivadas merecen estudios más avanzados para evaluar su potencialidad, especialmente su productividad por hectárea y posibles usos de la torta. En el caso de los países de Centroamérica, la única oleaginosa ya producida en grandes cantidades es la palma africana (Costa Rica, Guatemala y Honduras). El Salvador no produce granos o semillas para extracción de aceite. Antes de avanzar en los conceptos del biodiesel, es preciso analizar qué son los motores diesel, sus peculiaridades, sus exigencias para las características de los combustibles a emplear y en qué condiciones los aceites y grasas vegetales pueden ser empleados como combustible. 2. Los aceites vegetales y los motores diesel a) Los motores a pistón: dos concepciones distintas Para entender la conexión entre los motores diesel y los aceites vegetales o sus derivados, es necesario comprender los dos principios básicos de funcionamiento de los motores a pistón (Otto o Diesel). En 1876, Nicklaus Otto inventó un motor de combustión interna a pistón que fue el predecesor de los modernos motores a gasolina. En este tipo de motor, se introducen vapores de combustible y aire en el cilindro y la combustión empieza a través de una chispa eléctrica disparada en el momento adecuado. Si la tasa de compresión es muy alta, el aire se torna muy caliente debido a la compresión y la combustión de la mezcla aire/combustible puede ocurrir de forma prematura ocasionando muchos problemas para el motor además de perjudicar su desempeño. Este tipo de motor se llama de encendido por chispa o motor Otto y los mejores combustibles para éste son los de alta volatilidad y alto octanaje: la gasolina, el alcohol, el gas licuado de petróleo y el gas natural.

17 10 Rudolph Diesel quería construir un motor a pistón con altas tasas de compresión para obtener mejor eficiencia. Patentó su idea en 1893 y construyó su primer motor en Desde el inicio, Diesel quiso operar su motor con carbón pulverizado, pero después optó por los combustibles líquidos. En esto tipo de motor, solamente se introduce aire que es comprimido en el cilindro, el combustible sólo es introducido cuando el aire ya está comprimido y muy caliente y la combustión empieza debido a la temperatura del aire sin chispas eléctricas. Por esto, este tipo de motor se llama de encendido por compresión o motor diesel. Los combustibles más adecuados para este motor son el destilado mediano de petróleo (llamado aceite diesel o diesel ), aceites vegetales in natura o modificados (biodiesel) y poseen características técnicas opuestas a los combustibles para motores Otto. Un bueno combustible para el motor diesel no es adecuado al motor Otto y viceversa. El uso de aceites vegetales en motores diesel viene desde el inicio del siglo XX. El propio Rudolph Diesel declaró que los motores de encendido por compresión podrían operar con aceites vegetales. Para la historia sobre el uso de aceites vegetales en motores diesel (véase Knothe, 2001). Los bajos precios de los hidrocarburos de petróleo durante casi todo el siglo XX inhibieron las investigaciones y uso de aceites vegetales en motores de encendido por compresión. Actualmente, no es posible el uso directo de aceites vegetales en motores diesel modernos sin una preparación especial, como se muestra a continuación. i) Aceites vegetales puros o biodiesel? Hace algunos años, se hizo una demostración por televisión: algunos litros de aceite de cocina usados eran filtrados y puestos en un tanque de combustible vacío de un coche diesel. El conductor encendía el motor y salía por la carretera. Lo que no se mostró en el programa de televisión fueron los problemas que surgen con el uso de este aceite vegetal. No se discutieron cuestiones como el arranque en frío y problemas de largo plazo para el motor, que arruinar la historia mostrada en la televisión. En principio, cualquier motor diesel puede usar un aceite vegetal como combustible en una situación de emergencia y por cortos períodos de tiempo; sin embargo, bajo estas condiciones se sacrifica el desempeño y la eficiencia, además de tener un aumento de emisiones y riesgo de reducción de durabilidad. En los motores diesel la formación de la mezcla y la combustión ocurren con la inyección del combustible en un ambiente de aire comprimido y muy caliente. Para una buena combustión, es necesario que la distribución estadística del tamaño de las gotas de combustible sea adecuada. Esto se hace a través del sistema de inyección, con su geometría, presión y dosis determinadas para cada motor, en cada condición de operación. Para que el chorro de combustible y la combustión sean adecuados, algunas propiedades del combustible son determinantes: viscosidad, densidad, tensión superficial, número de cetano y volatilidad. De esta forma, al cambiar un combustible por otro con propiedades muy diversas, cambiarán las condiciones para la buena combustión, y el motor perderá desempeño y/o durabilidad. La figura 1 mostró esquemáticamente un triglicérido (componente principal de los aceites vegetales o gorduras animales). Las figuras 2 y 3 muestran, con la misma forma esquemática, el biodiesel y el diesel. De forma muy sencilla y esquemática, un triglicérido puede producir tres moléculas de biodiesel (iguales o no); cada molécula de biodiesel es químicamente más próxima a una molécula típica de diesel que el triglicérido que la originó y las propiedades del biodiesel son más próximas a las propiedades del diesel.

18 11 Figura 2 ESQUEMA DE TRES MOLÉCULAS DE BIODIESEL. Ácido graso 2 A. Ácido graso 3 A Ácido graso 1 A.Oxigeno A Radical alquil Figura 3 ESQUEMA DE UNA MOLÉCULA TÍPICA DE DIESEL Diesel El Cuadro 6 compara algunas propiedades del aceite diesel, aceites vegetales y biodiesel producido de algunos de estos aceites. Como se puede ver, los aceites vegetales (mezclas de triglicéridos) poseen una viscosidad mucho mayor que el diesel y ésta es la razón principal de los problemas para el uso directo de aceites vegetales en motores diesel sin alteraciones. Combustible Cuadro 6 COMPARACIÓN DE PROPIEDADES: DIESEL, ACEITES Y BIODIESEL Poder Índice de Viscosidad calorífico Densidad Yodo mm 2 /s kj/kg g/litro 38 o C Número Cetano Punto Fulgor Diesel ,5-4, Aceite de soya , Biodiesel soya ,1 (40 o C) 48 a 156 Aceite girasol , Biodies. girasol , Aceite algodón , Biodie. algodón , Aceite de colza Biodiesel colza ,0 (40 o C) Aceite de maíz , Biodiesel freír ,8 (40 o C) Biodie. Ganado ,1 (40 o C) Biodie. Cerdo , Biodiesel Coco ,6 (40 o C) Biodi. Jatropha ,6 (40 o C) 58 a 174 Biodiesel Palma ,3 (40 o C) Fuente: Knothe y otros (1997), NREL/SR , p.173, Allen y Watts (2000). a/ Gran dispersión de resultados. o C

19 12 A inicio de los años ochenta, después de la secunda crisis del petróleo, varios países intentaron sustituir el diesel por aceites vegetales. Para motores diesel equipados con inyectores mecánicos en línea y pre-cámara de combustión, los menos eficientes y que no exigió mucha precisión del inyector, se logró la sustitución del diesel, aunque operando con pérdidas de potencia y de eficiencia y con aumento de emisiones, siendo suficiente precalentar el aceite vegetal. Para motores de inyección directa, aún no se puede obtener más de una decena de horas de operación sin fallas. Hoy, los motores equipados con pre-cámara son la excepción. La necesidad de mejores eficiencias y reducción de emisiones de contaminantes hace que los fabricantes de motores diesel empleen cada vez más los conceptos de inyección directa y control electrónico de inyección. Actualmente, pocos fabricantes producen motores de pre-cámara. Todas las investigaciones enfocadas en el uso de aceites vegetales en motores diesel mostraron problemas similares: formación de coke o gomas en los inyectores, reducción de potencia y de eficiencia, depósitos de carbón, desgaste en los anillos de segmento y dilución del aceite lubricante por contaminación con aceite vegetal (Maziero, 2006). Muchos de estos efectos fueron observados aun cuando se suministraba una mezcla de 85% de diesel con 15% de aceite vegetal. El cuadro 7 muestra los problemas que se observan en el motor cuando se emplean aceites vegetales puros. Se debe notar que las posibles soluciones a estos problemas están asociadas a modificaciones en el motor y al calentamiento del aceite, para reducir su viscosidad y tensión superficial, logrando mejor atomización. Los problemas descritos arriba no ocurren de la misma forma para todos los motores, varían de motor a motor en grado e intensidad. En cada caso, es necesario verificar qué acciones deben ser tomadas en cuenta para que un determinado motor pueda operar con aceite vegetal como combustible. Es evidente, entonces, que no se puede emplear aceites vegetales en motores diesel sin hacer modificaciones ya sea en el aceite o en el motor. Por lo tanto, se presentan dos alternativas técnicas viables, como se indica en la figura 4. La opción más común es hacer la modificación del aceite vegetal para condiciones más similares al diesel de petróleo para así poder emplear el combustible en todos los vehículos en uso, sin ninguna alteración en los motores o en el sistema de combustible del vehículo. Muchos sectores plantean el uso de los aceites vegetales puros (SVO Straight Vegetable Oil, o PPO Pure Plant Oil) o en mezcla con diesel con el objeto de reducir costos. En estos casos, el motor debe ser especialmente preparado para recibir la mezcla, para que su durabilidad no sea afectada. En Alemania, la empresa (Elsbett) intentó hacer un motor específico para el aceite vegetal, pero no logró éxito comercial. La propuesta del biodiesel es opuesta: modificar químicamente el aceite vegetal de forma que sus propiedades sean más próximas a las del diesel de petróleo y usar el biodiesel sin ninguna alteración en el motor.

20 13 Cuadro 7 PROBLEMAS EN EL MOTOR DIESEL CON USO DE ACEITES VEGETALES Problema Causas probables Solución potencial Corto plazo: Arranque a frío Alta viscosidad del aceite Bajo número de cetano Previo a la inyección, calentar el combustible Bajo punto de enturbamiento Obstrucción de filtros, tuberías e Gomas naturales y cenizas Emplear aceite desgomado inyectores Detonación Largo plazo: Formación de coke en los inyectores y pistón Depósitos de carbón en el pistón y culata del motor Desgaste excesivo del motor Fallas en la lubricación Fuente: Ma & Hanna, 1999 presentes en el aceite Bajo número de cetano Inyección fuera de tiempo Alta viscosidad Combustión incompleta Cargas parciales Alta viscosidad Combustión incompleta Cargas bajas Alta viscosidad Combustión incompleta Ácidos grasos libres (FFA) Dilución del lubricante Polimerización de poliinsaturados Ácidos grasos libres (FFA) Figura 4 Filtrar el aceite a 4 micrones Cambiar el punto de inyección. Calentar el aceite Calentar el aceite Cambiar p/ diesel en cargas bajas Calentar el aceite Cambiar p/ diesel en cargas bajas Calentar el aceite Cambiar p/ diesel en cargas bajas Usar aditivos p/ lubricante Calentar el aceite Cambiar p/ diesel en cargas bajas Usar aditivos p/ lubricante OPCIONES TÉCNICAS PARA SUSTITUCIÓN DEL DIESEL POR ACEITES VEGETALES Mantener el aceite vegetal sin modificación => modificar el motor VERSUS Modificar el aceite vegetal (biodiesel) => motor sin alteraciones En la Unión Europea, el uso del aceite vegetal puro como biocombustible está previsto en la Directiva 2003/30/EC (European Parliament, 2003), que promueve el uso de biocombustibles. A partir que el aceite vegetal sea aceptable para el motor a que se destina y que las emisiones de gases contaminantes estén dentro de los límites para el uso específico, el aceite vegetal se considera como biocombustible en los marcos legales de la Unión Europea. En Alemania existen algunas oficinas (Elsbett & Bialkowsky, 2003) que hacen las adaptaciones para que los motores puedan aceptar aceites vegetales, y se estima que alrededor de vehículos estén operando con aceites vegetales. Los costos para adecuar el motor al consumo de aceite vegetal varían entre y (US$ y US$ 7.500), de acuerdo a

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